Точная оценка потоков CO₂ остаётся сложной задачей из-за ограниченного количества высококачественных данных и неточностей в атмосферных транспортно-химических моделях (АТХМ). Хотя спутниковые наблюдения за общим содержанием CO₂ (XCO₂) улучшили глобальное покрытие данных, интеграция наблюдений CO₂ с нескольких платформ и согласованные методологии ещё не полностью разработаны для оценки модельных результатов на разных высотах. Здесь авторы использовали модель MIROC4-АТХМ, наземные и авиационные наблюдения (проекты ATom, Amazon и CONTRAIL — рассматриваемые как эталонные данные), а также данные XCO₂ с орбитальной углеродной обсерватории-2 (OCO-2) за 2015–2021 гг. Профили MIROC4-АТХМ и ATom показывают средние различия −0,1 ± 0,48 и 0,01 ± 0,3 млн^-1 над сушей и океаном соответственно (p < 0,05), а для образцов OCO-2 XCO₂, отобранных в местах расположения профилей ATom, эти различия составляют −0,34 ± 1,07 и −0,2 ± 0,51 млн^-1. Анализ по высоте показывает, что различия в концентрации CO₂ сосредоточены в нижней тропосфере (0–2 км), где моделирование сильно зависит от поверхностных потоков. В Амазонии инверсия MIROC4-АТХМ не включает в себя пункты наблюдения за CO₂ и ограниченное вертикальное покрытие профилей самолётов непосредственно над лесным пологом (∼0,15 км) до 4,4 км, что приводит к плохому соответствию АТХМ – OCO-2 (−0,88 ± 1,02 млн^-1) и АТХМ – самолётов (−0,105 ± 2,58 млн^-1), главным образом из-за нижней тропосферы. Над аэропортами в азиатских мегаполисах (т.е., очагах выбросов) модель показывает большее расхождение с CONTRAIL (−1,06 ± 0,58 млн-¹), чем с OCO-2 (−0,15 ± 0,53 млн^-1). Большая разница между АТХМ и CONTRAIL отражает низкое разрешение АТХМ (приблизительно 2,8° × 2,8°), что ограничивает её способность определять выбросы ископаемого топлива в городах меньшего масштаба, в то время как меньшая разница между АТХМ и OCO-2, вероятно, также является результатом ограниченной чувствительности OCO-2 ниже пограничного слоя.

Ссылка: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1352231025007290

Рассматривается отдельная роль выбросов и климата в будущей эволюции высоких уровней концентрации озона в Европе в рамках моделирования атмосферы с использованием модели UKESM1 (United Kingdom Earth System Model version 1). В модель включены исторический сценарий (заканчивающийся в 2014 году), базовый сценарий ssp370SST (2014–2099 гг.) – с устойчивым увеличением приземной температуры, численности населения планеты и концентрации метана в атмосфере – и несколько его вариаций. Для этого авторы выявили локальные экстремальные значения концентрации озона, объединили их в крупные эпизоды (пространственно-временные агрегаты с минимальной продолжительностью три дня) и рассчитали размеры эпизодов как суммарную площадь, занимаемую ими на протяжении всего жизненного цикла. Несмотря на снижение выбросов предшественников на большей части Европы в рамках сценария ssp370SST, число локальных экстремальных значений и размеры эпизодов концентрации озона будут увеличиваться на континенте в течение XXI века из-за резкого роста уровня метана. Юго-Восток Европы и Турция могут столкнуться с ещё большим увеличением выбросов из-за их регионального роста. Стратегии смягчения изменений климата, направленные на сокращение выбросов региональных предшественников, глобального метана и, что более важно, их сочетания, эффективно снизят загрязнение озоном ниже нынешних значений. С другой стороны, глобальное потепление усиливает биогенные выбросы, уменьшает потоки сухого осаждения и повышает влажность атмосферы. В целом, это приводит к умеренному увеличению частоты локальных экстремальных значений концентрации озона, но с некоторыми заметными региональными различиями и незначительным влиянием на масштабы эпизодов концентрации озона в среднем по всему континенту. Более того, по мере того, как будущие эпизоды концентрации озона будут становиться всё более частыми в соответствии со сценарием ssp370SST, ожидается, что связанные с ними аномалии циркуляции в будущем ослабнут.

Ссылка: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231026000038

Широко распространённое таяние многолетней мерзлоты, о чём свидетельствует утолщение активного слоя почвы, который подвергается сезонным циклам замерзания-оттаивания над многолетней мерзлотой, имеет важное значение для термических, гидрологических и экологических процессов арктическо-бореальных экосистем. Однако то, как биофизические и экологические обратные связи, вызванные таянием, изменяют арктическо-бореальные пожарные режимы, остаётся малоизученным. В данной работе авторы количественно оценивают эти обратные связи, интегрируя долгосрочные наблюдения за толщиной активного слоя почвы (1997–2018 гг.) с моделью причинно-следственного анализа и пространственно-временным подходом. Показано, что утолщение активного слоя почвы может усиливать летние пожарные режимы в арктическо-бореальном регионе, что приводит к интенсификации пожароопасных погодных условий, увеличению площади выгоревших территорий и увеличению выбросов от пожаров. Усиление пожаров было вызвано снижением поверхностного альбедо и влажности почвы вследствие оттаивания, что усугубляет летнее потепление и засушливость атмосферы, а также приводит к усиленному росту растительности и высыханию органического вещества почвы. Эти каскадные обратные связи могут создать положительную петлю обратной связи «пожар – климат», при которой увеличение числа пожаров ускоряет высвобождение углерода из растительности и почвы, ещё больше дестабилизируя северные экосистемы. Представленные результаты подчёркивают потенциальное усиление рисков пожаров и изменения климата, вызванное оттаиванием многолетней мерзлоты, и указывают на острую необходимость немедленных климатических мер для смягчения антропогенного изменения климата и усугубляющегося воздействия лесных пожаров и деградации многолетней мерзлоты.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-025-01894-y

Надёжная количественная оценка компонентов глобального круговорота воды, таких как речной сток и испарение с суши, остаётся серьёзной проблемой. В данной работе авторы уточняют оценки глобального распределения воды, объединяя результаты нескольких моделей земной системы с наблюдениями за речным стоком из 50 крупных бассейнов, применяя подход с использованием возникающих ограничений. В период с 1980 по 2014 гг. глобальный речной сток составил (39,1 ± 5,4) × 10³ км³ год⁻¹, а отношение речного стока к осадкам — 0,35 ± 0,03, что ниже предыдущих оценок. Испарение с суши достигло (73,4 ± 6,2) × 10³ км³ год⁻¹. В условиях изменения климата авторы прогнозируют увеличение глобального речного стока на 7,8 ± 5,5 мм в год на каждый градус потепления. Эта оценка, уточнённая с помощью метода возникающих ограничений, на 9,3% ниже среднего значения ансамбля моделей земной системы и снижает межмодельную неопределённость на 66%. Интегрируя данные наблюдений за речным стоком, авторы получили более точные исторические оценки и уточнили будущие прогнозы компонентов глобального круговорота воды.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-025-01897-9

Экстремальные явления, связанные с высокой влажностью и жарой, изучаются реже, но не менее важны, чем экстремальные явления, связанные с сухой жарой.

Волны тепла становятся обычным явлением, как и высокая влажность, которая может создавать нагрузку на электросети, наносить ущерб экономике и угрожать здоровью человека. Однако глобальная распространённость рекордных периодов повышенной влажности, некоторые из которых приближаются к физиологическому пределу того, что человек может безопасно выдержать, и все из которых выходят за рамки местных ожиданий и адаптации, не получила широкого изучения.

Чтобы исправить это упущение, Раймонд и др. (Raymond et al.) использовали данные из Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ERA5) и нескольких других источников, чтобы определить наиболее интенсивную влажную жару, которая наблюдалась в последние годы по всему миру. Затем они использовали несколько климатических моделей, чтобы оценить, где в будущем наиболее вероятно возникновение случаев ещё более сильной влажной жары.

Было обнаружено, что по сравнению с местным климатом влажная жара может быть наиболее экстремальной на Ближнем Востоке и в Северной Африке, а тропические регионы занимают второе место. В этих регионах температура влажного термометра (показатель влажности воздуха) может достигать 4–5 стандартных отклонений выше среднего значения для тёплого сезона. Ближний Восток и Северная Африка также входят в число регионов, где наблюдаются самые продолжительные периоды влажной жары, иногда длящиеся 20 и более дней.

Исследователи установили, что оценки общей вероятности влажной жары очень чувствительны к нескольким чрезвычайно жарким и влажным дням. Во многих местах исключение одного выброса привело к тому, что статистические модели предсказали в пять раз меньше жарких и влажных дней в будущем. Этот вывод подчёркивает необходимость точных данных наблюдений, пишут исследователи.

Влажная жара особенно опасна, когда она приходит кратковременно, предоставляя регионам лишь незначительное облегчение на длительные периоды. В тропиках три четверти дней, когда температура влажного термометра входила в верхние 5%, приходились всего на четверть лет, включённых в исследование. Вероятно, это в значительной степени связано с тем, что Эль-Ниньо повышает как температуру атмосферы, так и уровень влажности, поэтому рекордные дни в тропиках, как правило, приходятся на годы, когда этот погодный феномен активен.

Исследователи отмечают, что 2023 год стал рекордным по уровню влажной жары: в 23 различных регионах были установлены рекорды. Как показывают результаты исследования, это произошло исключительно из-за изменения климата: в противном случае рекорды не были бы побиты.
(AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2025AV001963, 2025)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/temperatures-are-rising-but-what-about-humidity

Климат Арктики быстро теплеет, но долгосрочные изменения экстремальных погодных явлений, вызывающих серьёзные нарушения экосистем, изучены недостаточно. В данном исследовании, используя современные данные атмосферного реанализа за последние семь десятилетий, авторы показывают, что во многих частях арктической суши частота экстремальных погодных явлений резко возросла. Они обнаружили выраженную пространственную изменчивость биоклиматических экстремумов за последние 30 лет, включая увеличение числа засух в высокогорной Арктике и большую площадь, затронутую зимним потеплением и дождями на снегу, особенно в европейском арктическом регионе. На одной трети арктической территории такие экстремальные явления начали происходить совсем недавно. Таким образом, Арктика вступает в новую эру биоклиматических экстремумов, которые, вероятно, будут иметь серьёзные последствия для холодных экосистем.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw5698

Демонстрируется гибридная модель, интегрирующая вывод машинного обучения в климатическую модель SPEAR (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Seamless System for Prediction and Earth System Research) для оперативной коррекции смещения протяжённости морского льда в ходе набора глобальных полностью связанных ретроспективных прогнозов на один год. Авторы сравнивают две гибридные версии SPEAR, чтобы понять важность учёта обратной связи между льдом, атмосферой и океаном в моделях машинного обучения перед их внедрением в полностью связанные расчёты: Hybrid_CPL (обученная с учётом обратной связи) и Hybrid_IO (обученная с учётом льда и океана; без обратной связи). По сравнению с SPEAR, Hybrid_CPL систематически снижает сезонные ошибки прогнозирования в Арктике и значительно снижает ошибки в Антарктике для целевых месяцев с мая по декабрь, более чем в два раза уменьшая ошибки в прогнозах площади зимнего морского льда в Антарктике на 4-6 месяцев вперёд. Между тем, Hybrid_IO страдает от поведения, выходящего за рамки выборки, которое может запустить цепь обратных связей в Южном океане, приводящих к лету без льда в Антарктиде. Полученные результаты подчёркивают, что машинное обучение может заметно улучшить возможности численного прогнозирования морского льда и что ознакомление моделей машинного обучения с взаимосвязанными процессами «лёд-атмосфера-океан» имеет важное значение для обобщения в полностью связанных расчётах.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady8957

Городская растительность, ключевое природоориентированное решение для смягчения теплового стресса, имеет решающее значение, поскольку глобальное потепление и городские острова тепла усиливают нагрев в городах, затрагивая более половины населения планеты. Тем не менее, её потенциальные эффекты остаются неизученными в глобальном масштабе, а механизмы неясными. Используя спутниковые данные высокого разрешения и климатические данные, авторы представляют первую глобальную оценку температурной регуляции растительностью в 761 мегаполисе в 105 странах, выявляя парадокс: охлаждение ослабевает в засушливых условиях; и в 22% городов с годовым количеством осадков менее 1000 миллиметров растительность, особенно луга и сельскохозяйственные угодья, вызывает суммарное потепление. Это происходит из-за более низкого альбедо и уменьшения накопления тепла, перевешивающих ограниченное испарение в засушливых регионах. В условиях экстремальной жары деревья не справляются с охлаждением 25% городов, в то время как луга и сельскохозяйственные угодья не справляются с этой задачей в 71 и 82% случаев соответственно из-за снижения испарения влаги при высоком дефиците давления водяного пара и ухудшения теплопроводности растительного покрова. Адаптивное к климату озеленение и орошение имеют решающее значение, а поверхности с высоким альбедо могут лучше смягчать жару в городах с дефицитом воды. Неправильное озеленение усугубляет глобальное потепление.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea9165

Арктические экстремумы — не просто постепенные тенденции — меняют экосистемы. Постоянный мониторинг жизненно важен для выявления, понимания и реагирования на эти трансформационные события.

Арктика нагревается быстрее, чем любой другой регион на Земле (1), и этот факт десятилетиями доминировал в заголовках и научных исследованиях. Большинство исследований и моделей были сосредоточены на постепенных изменениях средней температуры и осадков (2). Эти средние значения лежат в основе нарративов о «зеленении Арктики», таянии многолетней мерзлоты и смещении ареалов видов (3). Однако, как показывает статья Аалто и его коллег в этом номере журнала Science Advances, такая перспектива упускает из виду критически важный аспект: экстремальные явления (4).

Авторы показывают, что Арктика вступила в новую эру биоклиматических экстремальных явлений; волны тепла, засухи, дожди на снегу и зимние потепления участились и распространились по пространству (5, 6). Эти явления — не просто аномалии; это экологические деструкторы, способные вызвать каскадные последствия, затмевающие десятилетия постепенных изменений (7). Понимание этого сдвига имеет важное значение для прогнозирования реакции экосистем, сохранения биоразнообразия и разработки стратегий адаптации для арктических сообществ.

Аалто и др. (4) вышли за рамки грубой климатологии и среднегодовых значений и изучили данные высокого разрешения за семь десятилетий из реанализа ERA5-Land, синтезированные в наборе данных ARCLIM (4). Такой подход позволяет выявлять кратковременные, но биологически значимые экстремальные явления, события, которые традиционные 30-летние средние значения скрывают.

Хотя долгосрочные тенденции потепления широко распространены, экстремальные явления демонстрируют поразительную пространственную неоднородность. Волны тепла резко участились в Канадском Высокоарктическом архипелаге (5), засухи – в континентальной Сибири, а дожди на снегу – в Северной Европе (6). Почти треть арктической территории сейчас испытывает экстремальные явления, которых не было в середине XX века (4).

Экстремальные события выводят организмы за пределы физиологических порогов, вызывая отмирание растительности, изменение потоков углерода и гибель диких животных (3, 8, 9). Один-единственный зимний дождь на снегу может опустошить популяции копытных, покрыв корма льдом (6, 8), в то время как волны тепла в сочетании с засухой ускоряют гибель кустарников и высыхание почвы (5). Эти последствия проявляются за несколько дней, но ощущаются на протяжении десятилетий (7).

Выявление и интерпретация экстремальных явлений требуют постоянного наблюдения в точном масштабе. В настоящее время ряд исследований, таких как работа Аалто и др. (4), используют данные реанализа, но полевые измерения остаются редкими и неравномерными (4). Без надёжного долгосрочного мониторинга мы рискуем столкнуться с «слепыми пятнами» в понимании экологических переломных моментов и не сможем предвидеть обратную связь с глобальными климатическими системами (8). Мониторинг должен одновременно связывать компоненты арктического ландшафта, ледники, пресную воду, а также наземные и прибрежные экосистемы.

Они могут влиять друг на друга при возникновении экстремальных событий (7), как и при более постепенных изменениях (8). Они могут влиять друг на друга при возникновении экстремальных событий (7), как и при более постепенных изменениях (8). Связующим элементом между ландшафтами является тонкий баланс обмена углерода внутри экосистем. Тщательное понимание этих взаимосвязей, подверженных влиянию климата и экстремальных явлений, имеет огромное значение для понимания и смягчения изменения климата. Суммарный баланс углерода в экосистемах учитывает все потоки углерода, включая как вертикальный, так и горизонтальный обмен углерода между экосистемами и атмосферой (9). Он интегрирует такие процессы, как фотосинтез, автотрофное и гетеротрофное дыхание, а также горизонтальный перенос углерода. Однако эти компоненты часто рассматривались изолированно. Например, обмен между сушей и атмосферой, горизонтальные потоки растворённого органического углерода и их связь с гидрологическими путями или воздействием выпаса скота обычно рассматриваются отдельно.

Рассмотрение всех компонентов потока обеспечивает всестороннюю оценку способности экосистемы на ландшафтном уровне функционировать либо как поглотитель углерода, либо как его источник. Взаимосвязанные реакции могут быть глубоко затронуты как медленными, так и резкими изменениями факторов, влияющих на климат. Мониторинг и понимание всех отдельных компонентов необходимы для оценки состояния экосистемы, определяемого её устойчивостью и функциональной стабильностью, а также для понимания её роли в совокупной долгосрочной реакции на экстремальные события (9).

Почему это важно не только для Арктики? Потому что благодаря этим взаимосвязанным процессам экстремальные явления усиливают обратную связь, влияющую на глобальный климат. Отмирание растительности снижает поглощение углерода (3); таяние многодетней мерзлоты высвобождает парниковые газы (7); изменение снежного режима влияет на альбедо. Эти процессы чувствительны к кратковременным событиям, а не только к медленным тенденциям (4, 7).

Более того, экстремальные явления бросают вызов стратегиям адаптации. Инфраструктура, рассчитанная на постепенное потепление, может выйти из строя при внезапном таянии или наводнении (9). Коренные общины, зависящие от предсказуемых сезонных циклов, сталкиваются с повышенным риском из-за непредсказуемой погоды. При планировании природоохранных мероприятий необходимо учитывать изменчивость, а не только средние значения (3).

Дальнейшие исследования должны проводиться по нескольким направлениям. Современные модели земной системы, долгое время анализируемые с точки зрения изменений среднего состояния, нуждаются в целенаправленной калибровке для динамики экстремальных событий, частоты, интенсивности и комплексных событий, чтобы улучшить прогнозы устойчивости экосистем и обратной связи углерода (4, 7).

Продукты реанализа бесценны, но проверка на местах остаётся крайне важной. Инвестиции в арктические метеостанции, дистанционное зондирование и экологический мониторинг уменьшат неопределённость и улучшат системы раннего предупреждения (4). Важно связать биоклиматические экстремальные явления с биологическими реакциями на разных уровнях, от экспрессии генов до изменений биомов (3). Понимание пороговых значений позволит проводить оценку рисков выбросов парниковых газов, биоразнообразия и средств к существованию (7).

Политики должны признавать экстремальные явления как движущие силы изменений. Стратегии адаптации, от проектирования инфраструктуры до управления дикой природой, должны включать сценарии острых нарушений, а не только постепенные тенденции (10). Арктика не просто нагревается; она становится более нестабильной. Экстремумы стали новой нормой, и их экологические последствия глубоки. Постоянный мониторинг и смена парадигмы, от средних значений к изменчивости, крайне важны как для науки, так и для общества.

Ссылки
1 M. Rantanen, A. Y. Karpechko, A. Lipponen, K. Nordling, O. Hyvärinen, K. Ruosteenoja, T. Vihma, A. Laaksonen, The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979. Commun. Earth Environ. 3, 168 (2022).
2 I. H. Myers-Smith, J. T. Kerby, G. K. Phoenix, J. W. Bjerke, H. E. Epstein, J. J. Assmann, C. John, L. Andreu-Hayles, S. Angers-Blondin, P. S. A. Beck, L. T. Berner, U. S. Bhatt, A. D. Bjorkman, D. Blok, A. Bryn, C. T. Christiansen, J. H. C. Cornelissen, A. M. Cunliffe, S. C. Elmendorf, B. C. Forbes, S. J. Goetz, R. D. Hollister, R. de Jong, M. M. Loranty, M. Macias-Fauria, K. Maseyk, S. Normand, J. Olofsson, T. C. Parker, F. J. W. Parmentier, E. Post, G. Schaepman-Strub, F. Stordal, P. F. Sullivan, H. J. D. Thomas, H. Tømmervik, R. Treharne, C. E. Tweedie, D. A. Walker, M. Wilmking, S. Wipf, Complexity revealed in the greening of the Arctic. Nat. Clim. Chang. 10, 106–117 (2020).
3 G. K. Phoenix, J. W. Bjerke, Arctic browning: Extreme events and trends reversing Arctic greening. Glob. Change Biol. 22, 2960–2962 (2016).
4 J. Aalto, M. Kämäräinen, M. Rantanen, P. Niittynen, G. Phoenix, J. Lenoir, I. Maclean, M. Luoto, A new era of bioclimatic extremes in the terrestrial Arctic. Sci. Adv. 12, eadw5698 (2026).
5 S. Dobricic, S. Russo, L. Pozzoli, J. Wilson, E. Vignati, Increasing occurrence of heat waves in the terrestrial Arctic. Environ. Res. Lett. 15, 024022 (2020).
6 J. Cohen, H. Ye, J. Jones, Trends and variability in rain-on-snow events. Geophys. Res. Lett. 42, 7115–7122 (2015).
7 T. R. Christensen, M. Lund, K. Skov, J. Abermann, E. López-Blanco, J. Scheller, M. Scheel, M. Jackowicz-Korczynski, K. Langley, M. J. Murphy, M. Mastepanov, Multiple ecosystem effects of extreme weather events in the Arctic. Ecosystems 24, 122–136 (2021).
8 N. M. Schmidt, J. Reneerkens, J. H. Christensen, M. Olesen, T. Roslin, An ecosystem-wide reproductive failure with more snow in the Arctic. PLoS Biol. 17, e3000392 (2019).
9 E. López-Blanco, M. Väisänen, E. Salmon, C. P. Jones, N. M. Schmidt, H. Marttila, A. Lohila, S. Juutinen, J. Scheller, T. R. Christensen, The net ecosystem carbon balance (NECB) at catchment scales in the Arctic. Front. Environ. Sci. 13, 1544586 (2025).
10 J. E. Box, K. P. Nielsen, X. Yang, M. Niwano, A. Wehrlé, D. van As, X. Fettweis, M. A. Ø. Køltzow, B. Palmason, R. S. Fausto, M. R. van den Broeke, B. Huai, A. P. Ahlstrøm, K. Langley, A. Dachauer, B. Noël, Greenland ice sheet rainfall climatology, extremes, and atmospheric river rapids. Meteorol. Appl. 30, e2140 (2023).

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee7980

Комплексные наводнения, возникающие в результате одновременного разлива рек и повышения уровня моря, становятся всё более непредсказуемыми по мере усиления климатических экстремальных явлений. Однако большинство оценок риска наводнений по-прежнему не учитывают неопределённость, связанную с их одновременным возникновением. Авторы количественно оценивают потенциальный риск комплексных прибрежных наводнений с разрешением 0,1° путём интеграции опасности наводнений, подверженности населения и эмпирической уязвимости. В частности, они вводят показатель комплексного наводнения, суммирующий объёмы речных и океанических наводнений за несколько периодов повторяемости при физически правдоподобном предположении об одновременном возникновении. Кроме того, выведена эмпирическая функция уязвимости, основанная на соотношении между наблюдаемой и максимальной потенциальной опасностью наводнений. Результаты показывают, что в Азии наблюдается самый высокий процент внутренних зон высокого риска (35,22%), за ней следуют Африка (20,21%), Европа (17,02%), Южная Америка (9,89%) и Северная Америка (2,31%), при этом дельты рек и низменные побережья становятся глобальными очагами риска. Это исследование предлагает консервативную комплексную оценку риска наводнений в условиях высокой неопределённости, что способствует принятию более обоснованных инвестиционных решений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-025-03155-7